Les antineutrinos sont les antiparticules des neutrinos . L’antineutrino est une particule subatomique élémentaire de masse infinitésimale (inférieure à 0,3eV ..?) Et sans charge électrique. Les neutrinos et les antineutrinos appartiennent à la famille des leptons , ce qui signifie qu’ils n’interagissent pas via une force nucléaire forte. Les neutrinos sont des particules subatomiques gravitationnelles et à faible interaction avec ½ unité de spin. Les antineutrinos (comme les neutrinos) sont également des particules subatomiques très pénétrantes, capables de traverser la Terre sans aucune interaction. Actuellement (2015), il n’est pas résolu, si le neutrino et son antiparticule ne sont pas des particules identiques.
Les antineutrinos sont produits lors de la désintégration bêta négative . Dans un réacteur nucléaire se produit surtout la désintégration β – , car la caractéristique commune des produits de fission est un excès de neutrons (voir Stabilité nucléaire ). Un fragment de fission instable avec l’excès de neutrons subit une ß – désintégration, où le neutron est converti en un proton, un électron et un électron antineutrino . Par conséquent, chaque réacteur nucléaire est une source très puissante d’antineutrinos et les chercheurs du monde entier étudient les possibilités d’utiliser des antineutrinos pour la surveillance des réacteurs.
D’un autre côté, la source la plus puissante de neutrinos du système solaire est sans aucun doute le Soleil lui-même. Des milliards de neutrinos solaires par seconde passent (la plupart du temps sans aucune interaction) à travers chaque centimètre carré (~ 6 x 10 10 cm -2 s -1 ) à la surface de la Terre. Au soleil, les neutrinos sont produits après la réaction de fusion de deux protons lors de la désintégration bêta positive du noyau d’hélium-2.
Détection des antineutrinos
Comme les neutrinos n’ionisent pas la matière, ils ne peuvent pas être détectés directement. La détection d’antineutrino (prix Nobel 1995 pour Frederick Reines et Clyde Cowan) est basée sur la réaction:
Cette interaction est symétrique à la désintégration bêta du neutron libre , c’est pourquoi elle est parfois appelée désintégration bêta inverse . Toutes les méthodes de détection nécessitent que les neutrinos transportent une énergie seuil minimale de 1,8 MeV . Seuls les antineutrinos dont l’énergie est supérieure au seuil de 1,8 MeV peuvent provoquer des interactions avec les protons dans l’eau, produisant des positons et des neutrons .
Le réacteur nucléaire comme source d’antineutrino
Les réacteurs nucléaires sont la principale source d’antineutrinos d’origine humaine. Cela est dû au fait que les antineutrinos sont produits dans une désintégration bêta négative . Dans un réacteur nucléaire se produit en particulier la désintégration β – , car la caractéristique commune des fragments de fission est un excès de neutrons (voir Stabilité nucléaire ). Un fragment de fission instable avec l’excès de neutrons subit une ß – désintégration, où le neutron est converti en un proton, un électron et un électron antineutrino . L’existence d’émission d’antineutrinos et leur très faible section efficace pour toute interaction conduit à un phénomène très intéressant. Grossièrementenviron 5% (ou environ 12 MeV de 207 MeV) d’énergie libérée par une fission sont rayonnés du réacteur sous forme d’antineutrinos. Pour un réacteur nucléaire typique avec une puissance thermique de 3000 MW th (~ 1000 MW e de l’ alimentation électrique), la puissance totale produite est en fait plus élevée, d’ environ 3150 MW, dont 150 MW est rayonnée à une distance dans l’ espace comme antineutrino rayonnement. Cette quantité d’énergie est perdue à jamais, car les antineutrinos sont capables de pénétrer dans tous les matériaux du réacteur sans aucune interaction. En fait, une déclaration courante dans les textes de physique est que le libre parcours moyen d’un neutrino est approximativement une année-lumière de plomb. De plus, un neutrino d’énergie modérée peut facilement pénétrer un millier d’années-lumière de plomb (selon les JB Griffiths ).
Veuillez noter que des milliards de neutrinos solaires par seconde passent (la plupart du temps sans aucune interaction) à travers chaque centimètre carré (~ 6 × 10 10 ) à la surface de la Terre et le rayonnement antineutrino n’est en aucun cas dangereux.
Exemple – Quantité d’antineutrinos produits:
Les noyaux stables avec le nombre de masse le plus probable A de la fission U-235 sont et
. Ces noyaux ont ensemble 98 protons et 136 neutrons , tandis que les fragments de fission ( noyaux parents ) ont ensemble 92 protons et 142 neutrons . Cela signifie qu’après chaque fission U-235, les fragments de fission doivent subir en moyenne 6 désintégrations bêta négatives ( 6 neutrons doivent se désintégrer en 6 protons ) et donc 6 antineutrinos doivent être produits pour chaque fission . Le réacteur nucléaire typique produit donc environ 6 x 10 20 antineutrinos par seconde (~ 200 MeV / fission; ~ 6 / antineutrinos fission; 3000 MW th ; 9,375 x 10 19 fissions / sec).
Référence: Griffiths, David, Introduction to Elementary Particles, Wiley, 1987.
Désintégration bêta du noyau C-14.
Source: wikipedia.org
L’intérieur d’un détecteur antineutrino cylindrique avant d’être rempli de scintillateur liquide clair, qui révèle les interactions antineutrino par les très légers éclairs de lumière qu’ils émettent. Des tubes photomultiplicateurs sensibles tapissent les parois du détecteur, prêts à amplifier et à enregistrer les éclairs révélateurs.
Photo: Roy Kaltschmidt, LBNL
Source: Expérience sur les neutrinos du réacteur de Daya Bay
Source: Slides – Dr. Blucher, Enrico Fermi Institute
Énergie issue de la fission de l’uranium
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